CN108844831B - 点阵夹芯结构弯曲试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了点阵夹芯结构弯曲试验装置，本实验装置主要由底部支撑部分、对中夹紧部分和测量部分组成，本实验装置可以有效地提高测量精度，降低测量成本，实现对点阵夹芯结构弯曲试验挠度的高精度测量。该装置可以很好的改善在加载过程中支撑座间隙的问题，同时实现对点阵夹芯结构中面的追踪，得到高精度的挠度值，进而提高层合板的弯曲刚度的计算精度。

Description

点阵夹芯结构弯曲试验装置
技术领域
本发明是一种对点阵夹芯结构弯曲力学性能试验的新型试验装置，可以有效地提高测量精度，降低测量成本，实现对点阵夹芯结构弯曲试验挠度的高精度测量。
背景技术
点阵夹芯结构自提出以来，其轻质、比刚度高和比强度大等优异的性能受到极大关注，除此之外，还有减震、散热、吸声、电磁屏蔽等特殊性质，是一种综合考虑了材料设计、结构设计、功能设计等因素的新型结构功能材料。研究发现，点阵夹芯结构的等效刚度和等效强度与材料的等效密度成近似线性关系，与当前常用的轻质材料相比，具有更高的比强度与比刚度。在相对密度较小时，点阵夹芯结构的面内杨氏模量与面外强度比金属泡沫等轻质材料分别高出两个数量级以上和一个数量级以上。除承载外，点阵夹芯结构自身也是优良的紧凑热交换器。大的孔穴率和开放式设计增加了散热面积并有利于对流，将力学和热交换性能的有机结合从而寻找到最优的散热结构将对航空飞行器甚有裨益。点阵材料极强的可设计性使其可以根据实际要求进行多功能一体化设计，从而在航天、航空和航海等方面有着广阔的前景。
点阵夹芯结构的应用离不开其刚度性能的测试。其中，点阵夹芯结构的弯曲刚度可以通过测量其三点弯试验的载荷-挠曲线并经过相关计算得到，但目前通用的夹层结构弯曲性能试验标准夹具精度较低，原因是其底座零件过多、连接复杂，零件连接存在间隙，在实验加载过程中不可避免的产生与间隙相关的位移误差，极大影响实验精度。另外标准夹具无法准确测量点阵夹芯板相对中面法线方向的位移，与力学上定义的挠度有一定的差距。正是以上两方面的不准确性，使得点阵夹芯结构层合板的弯曲刚度计算精度较低。
发明内容
为了改善现有的点阵夹芯结构层合板弯曲刚度测量精度过低的现状，本发明提供了一种点阵夹芯结构弯曲实验装置。该装置可以很好的改善在加载过程中支撑座间隙的问题，同时实现对点阵夹芯结构中面的追踪，得到高精度的挠度值，进而提高层合板的弯曲刚度的计算精度。
本实验装置主要由底部支撑部分、对中夹紧部分和测量部分组成。
底部支撑部分对实验装置起支撑作用，包括支座(12)和支座垫块(11)。支座垫块(11)是在圆柱体的侧面削去一部分形成一部分圆弧一部分平面的类圆柱体，支座垫块(11)的平面宽度为20mm。支座垫块(11)安装在支座(12)上，支座垫块(11)的平面部分用来支撑实验试件，圆弧部分与支座(12)顶部的凹槽相配合，实现相对转动。支座(12)放在实验装置工作台上，支座(12)的凹槽半径与支座垫块(11)的圆弧部分半径相同。
对中夹紧部分对实验装置的实验试件起夹紧和对中作用，对中夹紧部分包括夹子(2)、紧固螺栓(10)、紧固螺母(7)和中轴螺钉(4)。实验试件两侧的中轴线分别由每侧的两个中轴螺钉(4)中间确定，中轴螺钉(4)的位置与底部支撑处于同一竖直线上，中轴螺钉(4)由夹子(2)固定在实验试件的两侧，通过拧紧夹子(2)上的紧固螺栓(10)，使中轴螺钉(4)固定在实验试件上。
测量部分用以搭载位移计，测量部分包括横梁(3)、门(9)、V型槽(5)、紧固螺钉(6)、测量板(13)和位移计(8)。每侧两个中轴螺钉(4)分别搭载一个横梁(3)，横梁(3)通过螺母固定在中轴螺钉(4)上，横梁(3)分别通过一个圆形孔和一个槽型孔与两个中轴螺钉(4)连接，槽型孔为中轴螺钉(4)留有一定的位移余量，使横梁(3)在加载过程中进行调节并保持水平。横梁(3)中部通过螺钉连接的V型槽(5)将位移计(8)固定在横梁(3)上，位移计(8)下端顶在固定于实验试件底部的测量板(13)上，用来测量实验试件的中心挠度。
两个门(9)分别通过螺钉连接横跨于两个横梁(3)的两端，两个门(9)的中部各使用一个V型槽(5)固定位移计，用来测量实验试件两端的挠度。
附图说明
图1为实验装置的整体结构细节图。
图2为整体结构正视图。
图3为横梁装置结构细节图。
图中：1、试件，2、夹子，3、横梁，4、中轴螺钉，5、V型槽，6、紧固螺钉，7、紧固螺母，8、位移计，9、门，10、紧固螺栓，11、支座垫块，12、支座，13、测量板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
首先需要对实验试件进行测量，其方法为测量实验试件跨距内任意三处的宽度和厚度，取算术平均值。面板厚度取名义厚度或同一批试样的平均厚度。记录横截面上单胞的数目。
接着进行实验试件安装，由于试件为夹芯结构，部分实验试件没有侧壁，所以无法夹装中轴螺钉，对于没有侧壁的夹芯结构可以在装夹位置填充石膏进行装夹。石膏质地较软，对实验结果影响不大。
在加载过程中实验试件会发生一定变形，中轴螺钉会随之发生位移，所以在安装时中轴螺钉应尽量靠近横梁槽型孔外侧，为中轴螺钉提供一定位移空间。
具体安装如图1所示，先调整底部支撑座的间距，保证一定的支撑距离。将半圆柱体放在支撑座的凹槽内，半圆柱体平面部分搭载实验试件。此后，将中轴螺钉用夹子固定在试件侧壁处，与支持位置处于同于竖直线上。将横梁搭放在两侧的中轴螺钉上，用螺母拧紧固定。在横梁中部安装位移计，实验前位移计可以有一定的预压缩量，位移计指针顶在固定于实验试件底部的测量板上。在横梁两端安装横跨的门，在门的中部安装位移计，其指针顶在实验试件上，同样位移计可以有一定的预压缩量。
最后是加载过程，实验试样安装完成后，在压头与实验试样之间垫上一块硬质橡胶垫片，调整试验机零点，按选定的加载速度(0.5mm/min至1.0mm/min之间)，均匀连续加载至试样破坏，用动态采集的方式记录加载过程中挠度和相应的载荷值，观察并记录最终的破坏形式。

Claims (2)

1.点阵夹芯结构弯曲试验装置，其特征在于：本试 验装置主要由底部支撑部分、对中夹紧部分和测量部分组成；
底部支撑部分对试 验装置起支撑作用，包括支座(12)和支座垫块(11)；支座垫块(11)是在圆柱体的侧面削去一部分形成一部分圆弧一部分平面的类圆柱体，支座垫块(11)的平面宽度为20mm；支座垫块(11)安装在支座(12)上，支座垫块(11)的平面部分用来支撑实验试件，圆弧部分与支座(12)顶部的凹槽相配合，实现相对转动；支座(12)放在试 验装置工作台上，支座(12)的凹槽半径与支座垫块(11)的圆弧部分半径相同；
对中夹紧部分对试 验装置的实验试件起夹紧和对中作用，对中夹紧部分包括夹子(2)、紧固螺栓(10)、紧固螺母(7)和中轴螺钉(4)；实验试件两侧的中轴线分别由每侧的两个中轴螺钉(4)中间确定，中轴螺钉(4)的位置与底部支撑处于同一竖直线上，中轴螺钉(4)由夹子(2)固定在实验试件的两侧，通过拧紧夹子(2)上的紧固螺栓(10)，使中轴螺钉(4)固定在实验试件上；
测量部分用以搭载位移计，测量部分包括横梁(3)、门(9)、V型槽(5)、紧固螺钉(6)、测量板(13)和位移计(8)；每侧两个中轴螺钉(4)分别搭载一个横梁(3)，横梁(3)通过螺母固定在中轴螺钉(4)上，横梁(3)分别通过一个圆形孔和一个槽型孔与两个中轴螺钉(4)连接，槽型孔为中轴螺钉(4)留有一定的位移余量，使横梁(3)在加载过程中进行调节并保持水平；横梁(3)中部通过螺钉连接的V型槽(5)将位移计(8)固定在横梁(3)上，位移计(8) 下端顶在固定于实验试件底部的测量板(13)上，用来测量实验试件的中心挠度；
两个门(9)分别通过螺钉连接横跨于两个横梁(3)的两端，两个门(9)的中部各使用一个V型槽(5)固定位移计，用来测量实验试件两端的挠度。
2.利用权利要求1所述的点阵夹芯结构弯曲试验装置进行的测量方法，其特征在于：该装置的测量方法如下，
首先需要对实验试件进行测量，其方法为测量实验试件跨距内任意三处的宽度和厚度，取算术平均值；面板厚度取名义厚度或同一批试样的平均厚度；记录横截面上单胞的数目；
接着进行实验试件安装，由于试件为夹芯结构，部分实验试件没有侧壁，所以无法夹装中轴螺钉，对于没有侧壁的夹芯结构在装夹位置填充石膏进行装夹；石膏质地较软，对实验结果影响不大；
在加载过程中实验试件会发生一定变形，中轴螺钉会随之发生位移，所以在安装时中轴螺钉应尽量靠近横梁槽型孔外侧，为中轴螺钉提供一定位移空间；
先调整底部支撑座的间距，保证一定的支撑距离；将半圆柱体放在支撑座的凹槽内，半圆柱体平面部分搭载实验试件；此后，将中轴螺钉用夹子固定在试件侧壁处，与支持位置处于同一竖直线上；将横梁搭放在两侧的中轴螺钉上，用螺母拧紧固定；在横梁中部安装位移计，实验前位移计可以有一定的预压缩量，位移计指针顶在固定于实验试件底部的测量板上；在横梁两端安装横跨的门，在门的中部安装位移计，其指针顶在实验试件上，同样位移计有一定的预压缩量；
最后是加载过程，实验试样安装完成后，在压头与实验试样之间垫上一块硬质橡胶垫片，调整试验机零点，按选定的加载速度，均匀连续加载至试样破坏，用动态采集的方式记录加载过程中挠度和相应的载荷值，观察并记录最终的破坏形式。
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